淺議如何利用三維CAD技術輔助傳統機械制圖教學

技工院校是培養企業中技能型人才的搖籃，但其較多的課程沿用傳統的教學模式。其中《機械制圖》一直沿襲著幾十年不變的教學模式，雖造就了大批具有較高投影能力和繪圖技能的工程技術人員。但隨著三維CAD技術的飛速發展和應用的日益普及，設計和制造的理論和技術、工程信息的載體及其傳輸方式、人們的思維方式和工作方式都發生巨大變化。客觀現實迫切要求對工程圖學的課程體系、內容、方法、手段全面變革，以適應現代設計制造、現代信息科技的發展和具有創新能力的高素質人才培養的需要，顯然傳統的《機械制圖》教學模式已與現實需求不相適應，許多技工院校已對傳統的機械制圖教學進行改革，引進了三維CAD輔助技術輔助機械制圖教學。

一、技工院校傳統機械制圖教學分析

傳統的制圖教學，以“三中心”教學方法為主線，即教師中心、課堂中心、書本中心。教師沿用圓規、直尺、三角板、模型、紙質掛圖等教學用具。需要在黑板上畫出一些圖例，對于復雜圖形來說，費時費事，教師的體力也消耗很大，而且效果也不是太好。在培養和啟發學生的空間想象能力和構思能力上，教學手段較為單一，內容多以靜態為主，無法表現豐富多彩的三維動態對象，使學生難以形成完整的空間概念。而對于基礎相對來說比較差的技工學生來說，部分學生因為空間想象能力的缺乏而看不懂二維圖，導致喪失學習機械制圖課程的信心，從而致使技能訓練課程因無法看懂圖樣而不能繼續學習。

傳統教學模式下培養的學生畢業后從事設計零件的工作時，由于學習的繪圖手段有限，學生很難在圖樣上將設想的零件表達成立體圖形，不得不遵循正投影法形成的二維視圖來表達自己的三維設想，因此，一旦經驗不足，考慮不周，空間干涉就在所難免。因為設計和制造工作流程是按順序進行的，很多時候是等機械零件做出來了，對產品進行試裝配時才發現干涉或設計不合理等現象，造成設計修改工作量大，開發周期長。

二、三維CAD在輔助機械制圖教學中的重要應用

1.利用三維CAD輔助教學培養學生的空間思維能力

三維CAD輔助教學符合認識運動規律，是和空間想象能力的產生和發展相一致的，建立三維空間到二維平面的概念要從三維實體入手，即首先從簡單的三維基本幾何體入手，通過對如:棱柱、圓柱、圓錐、球等基本實體的投影及投影特征進行分析，熟悉構成投影的基本元素，如:直線段、矩形、多邊形、圓等二維平面的含義，逐步掌握各基本幾何體在不同投影面上的投影規律，找出其投影特征。如投影反映實體的真實性、積聚性、相似性等，從而建立三維空間到二維平面的概念。在有了對三維實體的感性認識的基礎上，形成二維平面這抽象的理性認識，反過來才能建立正確牢固的空間形體表象。

2.利用三維CAD輔助教學法掌握機械制圖的教學規律

機械制圖的教學實踐證明:培養學生的空間思維能力和想象能力實質上是圍繞三維實體與二維平面視圖之間相互轉換的思維活動，這個活動首先有從空間到平面的感性認識的積累，如果直接從二維平面到三維實體的抽象思維對初學的學生而言是比較困難的，不符合對他們的教學(學習)規律，機械制圖教學最好不要從抽象的點、線、面開始，因為點、線、面難以將實體形象建立起來，而從三維實體出發，不但可以增強學生的感性認識，還可以增加學生對投影知識的理解。對三維實體感受越深廣，理解就越深刻，形象儲存就越豐富、越牢固，比較分析就越容易，對形體的加工、處理出現新形象就簡單迅速，這就具備了良好的空間形體想象能力。

3.利用三維CAD輔助教學法解決復雜零部件教學難的難題

對于是復雜的零件，尤其是裝配體，實物模型很難展示其內部結果，而通過CAD建立的三維模型則可以根據需要，靈活進行剖切，還可以進行仿真，直觀展示裝配配體中各零件之間的裝配關系，及方便學生進一步了解裝配體的工作原理。傳統的教學方式，要由裝配圖(圖1)想象裝配體(從二維裝配圖想象各零件的結構及其特點)、變速器的安裝順序和拆法、變速器的工作原理，這對于技工學校的學生基礎來說，難度很大，學習效果也很差，根本無法達到教學大綱的教學要求。

通過CAD三維實體有了三維實體裝配(圖2)及其爆炸圖(圖3)對幫助教師結合二維裝配圖的教學產生了良好的效果。分析裝配體的零件結構、裝配體的拆法和安裝順序時，完全可以通過爆炸圖得到圓滿的答案。特別是變速器的工作原理，這是每個教師最為迫切需要解釋的首要問題。在CAD裝配體的教學中，如果為零部件指定明確的動畫運動路徑及準確的轉速，可以生成齒輪的齒合傳動動畫，學生可以更形象地理解變速器的工作過程。進一步加深對變速器整體結構的全面認識，真正達到培養學生空間形體想象能力的效果。

4.運用CAD三維實體教學法解釋課本和練習題出現的重點、難點

切割線與相貫線的畫法與識讀是制圖教學中較難的章節，學生因為空間想像能力欠缺，比較難理解多變的線條變化。例如，如果按步就搬地將課本中“兩圓柱正交相貫線、兩圓柱直徑不等正交的相貫線、圓錐正交的相貫線”的畫法傳授給學生，因實物模型少而小，掛圖不夠清楚，軸測圖不夠具體，這樣板書學生難以理解，同時教師工作量大，花去了大量的時間和精力，而教學效果不如意。要再深入講解相貫的切割就更不容易了。而運用CAD三維實體輔助相貫與切割章節的教學，如圖4所示，則因實體的建立和操作簡單方便，動感強，有感染力。學生一目了然，興趣高，容易接受，可以達到比較好的教學效果。

(作者單位:廣東省韶關市高級技工學校)